1

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Ю ридический институт

ИНФОРМАТИКА

Лекция 3

Основы работы с операционной системой Windows 98, ХР

Москва-2011

ВОПРОСЫ

Введение

1. Понятие и функции операционной системы

2. Основные объекты и приемы управления Windows 98

3. Файлы и папки Windows

4. Операции с файловой структурой

5. Использование Главного меню

6. Установка и удаление приложений Windows

7. Установка оборудования

Заключение

Основы работы

с операционной системой

Windows 98

1. Понятие и функции операционной системы

Диалог с компьютером

Существует два режима работы с компьютером. Первый режим называется пакет­ным, а второй — диалоговым. Если мы посмотрим, как Чарльз Бэббидж планиро­вал использовать свою Аналитическую машину, то увидим, что он рассчитывал на пакетный режим. Сначала на «складе» устанавливаются рычаги и шестерни в такое положение, которое соответствует исходным данным. Потом в «мельницу» закла­дывается пакет перфорированных карточек, отверстия которых соответствуют запланированным командам, после чего машина приводится в действие. Она рабо­тает, пока все команды из пакета не будут выполнены. По окончании работы состо­яние исполнительных механических органов покажет результат.

Примерно так же работали и первые электронные компьютеры. Сначала в их опе­ративную память вводили программы (последовательности команд). Затем в ком­пьютер вводили данные, после чего компьютер запускали. Он работал до тех пор, пока не исполнялась последняя команда, а затем выключался. Результат работы находили в его оперативной памяти и/или в регистрах процессора.

Такую работу с компьютером трудно назвать удобной. В частности, во время выпол­нения задачи компьютер был недоступен для внешнего управления. Единствен­ным возможным управляющим воздействием было прерывание текущей работы путем выключения компьютера.

Диалоговый режим работы гораздо более прогрессивен. В этом режиме компьютер находиться в непосредственном взаимодействии с пользователем и техническими устройствами. Все персональные компьютеры сегодня работают в диалоговом режиме.

Возможность диалоговой работы с компьютером основана на прерываниях. Каж­дый процессор имеет так называемую систему прерываний. Получив сигнал по линии прерывания, он способен приостановить текущую работу по программе, сохранить временные данные и перейти к новой программе, которую тоже можно прервать, и так далее. Завершив обработку очередного прерывания, процессор воз­вращается к последней прерванной задаче.

Процессор как бы все время что-то делает, но в то же время ждет внешних преры­ваний. Он всегда готов откликнуться на нажатие клавиши клавиатуры, на движение мыши или щелчок ее кнопки, на поступление сигналов через модем и даже на сигналы от собственных внутренних часов. Конечно, существуют такие программы, которые полностью «монополизируют» процессор и не дадут возможности воз­действовать на компьютер, пока не завершат свою работу, но таких программ мень­шинство. Большинство современных программ рассчитаны на диалоговый режим.

Однако для того, чтобы компьютер находился в диалоговом режиме, на нем пред­варительно должна работать какая-то программа (а точнее говоря, система про­грамм), которая обеспечит возможность прерывания процессора, распределит ресурсы компьютера между всеми прикладными программами, обеспечит взаимо­действие разных устройств. Эта система программ должна организовать регуляр­ный опрос клавиатуры, мыши и других устройств, с помощью которых пользова­тель общается с компьютером. Она должна также проследить, чтобы прикладные программы не монополизировали работу процессора, и проконтролировать, чтобы разные программы не перепутали свои данные, хранящиеся в оперативной памяти. Такая система программ называется операционной системой.

На самом деле, мы привели лишь ничтожную долю функций, которые выполняет операционная система, — их гораздо больше, и ниже мы их рассмотрим. Но если спросить, в чем заключается основная функция операционной системы, то можно сказать, что это обеспечение диалога между человеком и компьютером. Без опера­ционных систем с компьютерами могли бы работать только очень квалифициро­ванные специалисты, как это и было пятьдесят лет назад.

Когда мы нажимаем кнопку мыши и видим, что компьютер выполняет какие-то действия, то этим мы обязаны операционной системе. Она находится в режиме постоянной готовности к внешним событиям. Событий, обрабатываемых опера­ционной системой, великое множество. Среди них события, вызываемые пользо­вателем, программами, оборудованием. Если принтер выдает сигнал о том, что у него в лотке кончилась бумага, для процессора это сигнал, а для операционной системы — событие. Процессор ничего не знает о таких внешних устройствах, как принтер, и не знает, что делать с их сигналами. В свою очередь операционная сис­тема знает, что ей делать при наступлении тех или иных событий. В частности, она может вызвать функцию драйвера принтера, предназначенную для остановки печати, и может открыть на экране сообщение, адресованное пользователю, с описанием проблемы.

Человек воспринимает постоянную готовность операционной системы к обслу­живанию событий как диалоговый режим работы. Она как бы постоянно предла­гает создать событие, и мы этим пользуемся. Основные средства для создания собы­тий — это клавиатура и мышь, но к компьютеру можно подключить и другие устройства. При установке они регистрируются операционной системой, и она настраивается на обработку событий, связанных с ними. Так благодаря операционной системе компьютер не только готов к диалогу с пользователем, но способен развиваться и совершенствоваться.

Операционная система представляет комплекс системных и служебных программ­ных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспече­ние компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней — прикладного и служебного. Приложениями конкретной опера­ционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех операционных систем — посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

• между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интер­фейс пользователя);

• между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

• между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Даже для одной аппаратной платформы, например такой, как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух кате­гориях: внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения тех­нических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

Виды интерфейсов пользователя

Интерфейс командной строки. По реализации интерфейса пользователя разли­чают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операци­онные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начи­нается после ее утверждения, например нажатием клавиши ENTER. Для компьюте­ров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2).

Графический интерфейс. Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления, кроме клавиа­туры может использоваться мышь или иное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

Активные и пассивные элементы управления. В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши — графический объект, перемещение кото­рого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, рас­крывающиеся списки, строки меню и многие другие).

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управле­ния выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

Обеспечение автоматического запуска

Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дис­ковых операционных систем в специальной (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, нахо­дящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

Недисковые операционные системы характерны для специализированных вычис­лительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автомати­ческого управления. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог операционной системы. Ее автоматический запуск осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ (его можно изменять аппаратно с использованием логических микросхем), с которого начи­нается запись программы инициализации операционной системы.

Организация файловой системы

Понятие цилиндра. Все современные дисковые операционные системы обеспечи­вают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дис­ках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы зависит от операционной системы. Наиболее распространенный тип — табличный.

Во-первых, диск представляется как набор поверхностей. У гибких дисков их всего две (верхняя и нижняя), но жесткие диски — это на самом деле «этажерки», состо­ящие из нескольких пластин, поэтому количество поверхностей у них больше.

Во-вторых, каждая поверхность диска разделяется на кольцевые дорожки, а каж­дая дорожка — на секторы. Размеры секторов фиксированы и равны 512 байт.

Чтобы найти на диске тот или иной файл, надо знать, где он расположен, то есть, нужен его адрес. Проще всего было бы записать адрес файла в виде номера поверх­ности, номера дорожки и номера сектора, но на самом деле это выполняется не совсем так. Дело в том, что у каждой поверхности есть своя головка для чтения записи, и эти головки перемещаются не порознь, а одновременно. To есть, если, например, пятая головка подводится к тридцатой дорожке, то и все головки подво­дятся к своим тридцатым дорожкам. Поэтому вместо понятия дорожки используют понятие цилиндра.

Цилиндр — это совокупность всех дорожек, имеющих одинако­вые номера, то есть равноудаленных от оси вращения. Поэтому реально местопо­ложение файла на жестком диске определяется номером цилиндра, номером поверх­ности и номером сектора.

Понятие кластера. Сектор — это наименьшая единица хранения данных, но для адресации она используется далеко не во всех файловых системах. Для этого она слишком мала. Такие операционные системы, как MS-DOS, Windows, OS/2, используют для адресации более крупную единицу хранения, называемую клас­тером. Кластер — это группа соседних секторов. Размер кластера зависит от раз­мера жесткого диска. Чем больше диск, тем большим назначается размер кластера. Типовые значения: 8,16,32 или 64 сектора.

Данные о том, в каком кластере диска начинается тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов FAТ (FAТ - таблицах). Поскольку нарушение FAТ-таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске, к ней предъявляются особые требования надежности, и она существует в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролиру­ется средствами операционной системы.

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и Windows NT реализуют 16-раз­рядные поля в таблицах размещения файлов. Такая файловая система называется FAT 16. Она позволяет разместить в FAТ - таблицах не более 65 536 записей (2¹⁶) о местоположении данных. Из-за этого ограничения данные операционные системы не позволяют работать с жесткими дисками размером более 2 Гбайт.

В настоящее время операционные системы Windows 98, Windows 2000 и Windows Millenium обеспечивают более совершенную файловую систему — FAT 32 с 32-раз­рядными полями в таблице размещения файлов. Это позволяет работать с любыми современными жесткими дисками.

Обслуживание файловой структуры

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной струк­туре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры — людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

• создание файлов и присвоение им имен;

• создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

• переименование файлов и каталогов (папок);

• копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

• удаление файлов и каталогов (папок);

• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

• управление атрибутами файлов.

Создание и именование файлов

Файл — это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе — это одна из функций операционной системы. Даже когда мы создаем файл, работая в какой-то прикладной программе, в общем случае для этого при­влекаются средства операционной системы.

По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появле­ния операционной системы Windows 95 общепринятым способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3. Согласно этому соглашению, принятому в MS-DOS, имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение — 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита.

Соглашение 8.3. не является стандартом, и потому в ряде случаев отклонения от правильной формы записи допускаются как операционной системой, так и ее прило­жениями. Так, например, в большинстве случаев система «не возражает» против использования некоторых специальных символов (восклицательный знак, символ подчеркивания, дефис, тильда и т. п.), а некоторые версии MS-DOS даже допускают использование в именах файлов символов русского и других алфавитов. Сегодня имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3. считаются «короткими».

Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ /:*?"<> |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени счи­таются все символы, идущие после последней точки.

Наряду с «длинным» именем операционные системы Windows 95/98/Me/2000 создают также и короткое имя файла — оно необходимо для возможности работы с данным файлом на рабочих местах с устаревшими операционными системами.

Особенности Windows 95/98/Ме/2000. Использование «длинных» имен файлов в последних операционных системах Windows имеет ряд особенностей.

1. Если «длинное» имя файла включает пробелы, то в служебных операциях его надо заключать в кавычки. Рекомендуется не использовать пробелы, а заменять их символами подчеркивания.

2. В корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой струк­туры) нежелательно хранить файлы с длинными именами — в отличие от про­чих папок в ней ограничено количество единиц хранения, причем чем длиннее имена, тем меньше файлов можно разместить в корневой папке.

3. Кроме ограничения на длину имени файла (256 символов) существует гораздо более жесткое ограничение на длину полного имени файла (в него входит путь доступа к файлу, начиная от вершины иерархической структуры). Полное имя не может быть длиннее 260 символов.

4. Разрешается использовать символы любых алфавитов, в том числе и русского, но если документ готовится для передачи, с заказчиком (потребителем доку­мента) необходимо согласовать возможность воспроизведения файлов с такими именами на его оборудовании. Если заказчик не определен, надежнее пользо­ваться символами английского языка.

5. Прописные и строчные буквы не различаются операционной системой. Имена Письмо .txt и письмо. соответствуют одному и тому же файлу. Однако символы разных регистров исправно отображаются операционной системой, и, если для наглядности надо использовать прописные буквы, это можно делать,

6. Программисты давно научились использовать расширение имени файла для передачи операционной системе, исполняющей программе или пользователю сведений о том, к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле, и о формате, в котором они записаны; В ранних операционных системах этот факт использовался мало. В современных операционных системах любое расшире­ние имени файла может нести информацию для операционной системы. Системы Windows 95/98/Me/2000 имеют средства для регистрации свойств типов файлов по расширению их имени, поэтому во многих случаях выбор расшире­ния имени файла не является частным делом пользователя. Приложения этих систем предлагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответствующее расширение имени приписывают автоматически.

Создание каталогов (папок)

Каталоги (папки) — важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их созда­телем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и явля­ются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической струк­туры является корневой каталог диска.

Все современные операционные системы позволяют создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен,

В иерархических структурах данных адрес объекта задается маршрутом (путем доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные ката­логи разделяются между собой определенным символом. Во многих операционных сис­темах в качестве такого символа используется «\» (обратная косая черта), например:

С:\ Мои документы \ Текущие \ Рефераты \ Операционные _ системы .doc

обозначение диска вложенные каталоги конечный файл расширение имени файла

Особенности Windows 95/98/Ме/2000. До появления операционной системы Windows 95 при описании иерархической файловой структуры использовался введен­ный выше термин каталог. С появлением этой системы был введен новый термин — папка. В том, что касается обслуживания файловой структуры носителя данных, эти термины равнозначны: каждому каталогу файлов на диске соответствует одно­именная папка операционной системы. Основное отличие понятий папка и каталог проявляется не в организации хранения файлов, а в организации хранения объектов иной природы. Так, например, в последних операционных системах семейства Windows существуют специальные папки, представляющие собой удобные логи­ческие структуры, которым не соответствует ни один каталог диска.

Копирование и перемещение файлов

В неграфических операционных системах операции копирования и перемещения файлов выполняются вводом прямой команды в поле командной строки. При этом указывается имя команды, путь доступа к каталогу-источнику и путь доступа к каталогу-приемнику.

В графических операционных системах существуют приемы работы с устройством позиционирования, позволяющие выполнять эти команды наглядными методами.

Удаление файлов и каталогов (папок)

Средства удаления данных не менее важны для операционной системы, чем сред­ства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает бесконечной емкостью. Существует как минимум три режима удаления данных: удаление, уничто­жение и стирание, хотя операционные системы обеспечивают только два первых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специаль­ными программными средствами).

Удаление файлов является временным. В операционных системах Windows 95/98/ Ме/2000 оно организовано с помощью специальной папки, которая называется Корзина. При удалении файлов и папок они перемещаются в Корзину. Эта операция происходит на уровне файловой системы (изменяется только путь доступа к фай­лам). На уровне файловой структуры жесткого диска ничего не происходит — файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны.

Уничтожение файлов происходит при их удалении в операционной системе MS-DOS или при очистке корзины в операционных системах Windows 95/98/Me/2000. В этом случае файл полностью удаляется из файловой системы, но на уровне фай­ловой структуры диска с ним происходят лишь незначительные изменения. В таб­лице размещения файлов он помечается как удаленный, хотя физически остается там же, где и был. Это сделано для минимизации времени операции. При этом открывается возможность записи новых файлов в кластеры, помеченные как «сво­бодные».

Для справки укажем, что операция стирания файлов, выполняемая специальными служебными программами, состоит именно в том, чтобы заполнить якобы свобод­ные кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными.

Поскольку даже после перезаписи данных их еще можно восстановить специаль­ными аппаратными средствами (путем анализа остаточного магнитного гистере­зиса), для надежного стирания файлов требуется провести не менее пяти актов случайной перезаписи в одни и те же сектора. Эта операция весьма продолжительна, и поскольку массовому потребителю она не нужна, то ее не включают в стандартные функции операционных систем.

Навигация по файловой структуре

Навигация по файловой структуре является одной из наиболее используемых функций операционной системы. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с операционной системой. В операционных системах, имею­щих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с крайним неудобством такой навигации широкое применение нашли специальные служебные программы, называемые файловыми оболочками.

Как и операционные системы, файловые оболочки бывают неграфическими и гра­фическими. Наиболее известная неграфическая файловая оболочка для MS-DOS — диспетчер файлов Norton Commander, а роль графической файловой оболочки для MS-DOS в свое время исполняли программы Windows 1.0 и Windows 2.0, которые постепенно развились до понятия операционной среды (в версиях Windows 3.x) и далее до самостоятельной операционной системы (Windows 95).

С приемами навигации в современных графических операционных системах мы познакомимся при их изучении.

Управление атрибутами файлов

Кроме имени и расширения имени файла операционная система хранит для каж­дого файла дату его создания (изменения) и несколько флаговых величин, назы­ваемых атрибутами файла. Атрибуты — это дополнительные параметры, опреде­ляющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических опе­раций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

• Только для чтения (Read only);

• Скрытый (Hidden);

• Системный (System);

• Архивный (Archive).

Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его уста­новка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.

Атрибут Скрытый сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла.

Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы. Его отличительная особенность в том, что средствами операционной системы его изменить нельзя. Как правило, большин­ство файлов, имеющих установленный атрибут Системный, имеют также и уста­новленный атрибут Скрытый.

Атрибут Архивный в прошлом использовался для работы программ резервного копи­рования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна авто­матически устанавливать этот атрибут, а средство резервного копирования должно его сбрасывать. Таким образом, очередному резервному копированию подлежали только те файлы, у которых этот атрибут был установлен. Современные программы резервного копирования используют другие средства для установления факта изме­нения файла, и данный атрибут во внимание не принимается, а его изменение вруч­ную средствами операционной системы не имеет практического значения.

Управление установкой, исполнением и удалением приложений

Понятие многозадачности. Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы. Это очевидно, если вспомнить, что основная функция операционной системы состоит в обеспечении интерфейса приложений с аппаратными и программными средствами вычислительной системы, а также с пользо­вателем. С точки зрения управления исполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачные операционные системы (например MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). В то же время, параллельно с однозадачными операционными системами возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опира­ются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, исполь­зуя его систему прерываний.

Большинство современных графических операционных систем — многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между зада­чами и обеспечивают:

возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений;

возможность обмена данными между приложениями;

возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

Вопросы надежности. От того, как операционная система управляет работой прило­жений, во многом зависит надежность всей вычислительной системы. Операцион­ная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может вхо­дить в противоречие с требованием ее универсальности.

Так, например, наиболее универсальные операционные системы Windows 95 и Windows 98 могут испытывать общесистемные сбои из-за работы с приложениями, недостаточно четко соблюдающими спецификацию операционной системы. Эти операционные системы хорошо использовать на компьютерах бытового и универ­сального назначения. Для серверов и для компьютеров, настроенных на работу со средствами электронной цифровой подписи и занятия электронной коммерцией, их использовать не рекомендуется. Более современная версия Windows Millenium (Windows Me) также отличается универсальностью при недостаточной общей надежности, хотя в этой системе есть автоматические средства для поддержания надежности.

Операционные системы Windows NT и OS/2 обладают повышенной устойчивос­тью и не выходят из строя при сбое приложений, но имеют меньшую универсаль­ность, и, соответственно, парк доступных приложений для них ограничен. Осо­бенно критично то, что для них ограничен парк доступных драйверов устройств, а это влияет на гибкость в конфигурировании компьютерной системы.

Удачное сочетание надежности и универсальности достигнуто в операционной системе Windows 2000. Она обладает повышенной устойчивостью, как Windows NT, а по универсальности близка к Windows 98/Ме. Сегодня эта система становится основной для специализированных рабочих мест.

Вопрос надежности операционной системы особо остро стоит для программистов. В процессе отладки программ возможны многочисленные сбои из-за несовершенства их кода. При отладке «сырых» программ в Windows 95/98/Ме «сброс» или «зависание» компьютера происходит много чаще, чем в операционных системах Windows NT/2000. Поэтому общепринятой является практика, когда программа разрабатывается и отлаживается в операционной системе Windows NT/2000, а ее окончательная сборка и компиляция выполняются в Windows 95/98/Ме.

Установка приложений

Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти опера­цию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что раз­работчики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом, дистрибутивный комплект (установочный пакет) программного обеспечения, как правило, представляет собой не законченный программный Продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе уста­новки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде.

Устаревшие операционные системы (например MS-DOS) не имеют средств для управления установкой приложений. Единственное средство, которое они предо­ставляют, — возможность запуска устанавливающей программы, прилагаемой к Дистрибутивному комплекту. Такая установка отличается крайней простотой, но и невысокой надежностью, поскольку правильность привязки приложения к окружающей программно-аппаратной среде зависит от того, насколько разработчик уста­навливающей программы сумел заранее предусмотреть возможные варианты кон­фигурации вычислительной системы конкретного пользователя.

Современные графические операционные системы берут на себя управление уста­новкой приложений. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложе­ний к драйверам устройств вычислительной системы, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов.

Удаление приложений

Процесс удаления приложений, как и процесс установки, имеет свои особенности и может происходить под управлением вычислительной системы. В таких операци­онных системах, где каждое приложение самообеспечено собственными ресурсами (например в MS-DOS), его удаление не требует специального вмешательства опера­ционной системы. Для этого достаточно удалить каталог, в котором размещается приложение, со всем его содержимым.

В операционных системах, реализующих принцип совместного использований ресурсов (например в Windows 95/98/Ме), процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были уда­лены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложением. В связи с этим уда­ление приложений происходит под строгим контролем операционной системы. Полнота удаления и надежность последующего функционирования операционной системы и оставшихся приложений во многом зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре операционной системы.

Обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением

Средства аппаратного обеспечения вычислительной техники отличаются гигант­ским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеоадаптеров, зву­ковых карт, мониторов, принтеров, сканеров и прочего оборудования. Ни одни разработчик программного обеспечения не в состоянии предусмотреть все вари­анты взаимодействия своей программы, например, с печатающим устройством.

Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за ©чет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления — драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризацию обращений прикладных программ к драйверам устройств — это одна из функций операционной системы. Строго говоря, выпуская устройство, например модем, его разработчик прикладывает к нему несколько драйверов, предназначенных для основных операционных систем, как-то: Windows 95/98/Me/NT/2000, MS-DOS и т. п.

В операционных системах MS-DOS драйверы устройств загружаются как резидентные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствам материнской платы. Здесь участие операционной системы сводится лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузки драйвера,—далее он сам перехватывает прерывания, используемые для обращения к устройству, и управ­ляет его взаимодействием с вызывающей программой. Загрузка драйверов устройств может быть ручной (после первоначальной загрузки компьютера пользователь сам выдает команды на загрузку драйверов) или автоматической, когда команды на загрузку и настройку драйверов включаются в состав файлов, автоматически читае­мых при загрузке компьютера. В MS-DOS такие файлы называются файлами конфи­гурации; их всего два — это файлы autoexec.bat и config.sys. В них, прежде всего, включают команды загрузки драйверов мыши, дисковода CD-ROM, звуковой карты, расширенной памяти (оперативная память, лежащая за пределами 1 Мбайт, рас­сматривается в MS-DOS как дополнительное устройство и требует специального драйвера), а также прочих устройств.

В таких операционных системах, как Windows 95 и др., операционная система берет на себя все функции по установке драйверов устройств и передаче им управления от приложений. Во многих случаях операционная система даже не нуждается в драйверах, полученных от разработчика устройства, а использует драйверы из соб­ственной базы данных.

Наиболее современные операционные системы Windows позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов Устройств, но и про­цессом аппаратно-логического подключения. Каждое подключенное устройство может использовать до трех аппаратных ресурсов устройств материнской платы: адресов внешних портов процессора, прерываний процессора и каналов прямого доступа к памяти. Если устройство подключается материнской плате через шину PCI, то есть техническая возможность организовать между ним и материнской пла­той обратную связь. Это позволяет операционной системе анализировать требова­ния устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамического распределения ресурсов операционной системой получил название plug~and-play, а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называются самоустанавливающимися.

Если же устройство подключается к устаревшей шине ISA и не является самоуста­навливающимся, то в этом случае операционная система не может динамически выделять ему ресурсы, но, тем не менее, при распределении ресурсов для самоуста­навливающихся устройств, она учитывает ресурсы, захваченные им.

Обслуживание компьютера

Предоставление основных средств обслуживания компьютера — одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом — включением в базовый состав операционной системы первоочередных служебных приложений.

Средства проверки дисков. Надежность работы дисков (особенно жесткого диска) определяет не только надежность работы компьютера в целом, но и безопасность хранения данных, ценность которых может намного превышать стоимость самого компьютера. Поэтому наличие средств для проверки дисков является обязатель­ным требованием к любой операционной системе.

Средства проверки принято рассматривать в двух категориях: средства логичес­кой проверки, то есть проверки целостности файловой структуры, и средства физи­ческой диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами самой операционной системы, а физические дефекты поверхности только локализуются — операционная система принимает во внимание факт повреж­дения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы.

Логические ошибки файловой структуры имеют два характерных проявления: это потерянные кластеры или общие кластеры. Потерянные кластеры образуются в результате неправильного (или аварийного) завершения работы с компьютером. Так, например, ни в одной операционной системе нельзя выключать компьютер, если на нем запущены приложения, осуществляющие обмен информацией с дис­ками. Кроме того, в операционных системах Windows также нельзя выключать ком­пьютер, если не исполнена специальная процедура завершения работы с операци­онной системой. Механизм образования потерянных кластеров выглядит так:

• во время работы с файлом приложение манипулирует с кластерами, занимая или освобождая их, и регистрирует сведения об этом в FAТ -таблице, но не записы­вает полные сведения о файле в каталог;

• если при завершении работы с приложением происходит сохранение резуль­татов деятельности, оно вносит окончательные изменения в FAТ -таблицы и регистрирует данные, записанные в кластерах, как файл в каталоге;

• если при завершении работы с приложением файл уничтожается, информация не фиксируется в каталоге, а использованные кластеры освобождаются;

• если компьютер выключается до завершения работы с приложением, кластеры остаются помеченными как «занятые», но ссылка на них в каталоге не создается, так что согласно данным FAТ-таблицы этим кластерам не соответствует ни один файл.

Ошибка, связанная с потерянными кластерами, легко парируется средствами Опе­рационной системы. При этом можно либо полностью освободить данные кластеры, либо превратить их в полноценные файлы, которые можно просмотреть в поисках ценной информации, утраченной во время сбоя.

Ошибка, проявляющаяся как общие кластеры, характеризуется тем что, согласно данным FAТ - таблиц, два или более файлов претендуют на то, что их данные нахо­дятся в одном; и том же месте диска. При нормальной работе такой ситуации быть не может и это свидетельствует об ошибке в FAТ -таблицах. Причиной появления общих кластеров может стать самопроизвольное изменение данных в FAТ - таблицах или некорректное восстановление ранее удаленных данных с помощью внесис­темных средств. Некорректность может быть обусловлена нарушением порядка операций восстановления данных или неадекватностью средств восстановления данных (например, использованием средств MS-DOS для восстановления файлов, записанных средствами Windows).

Ошибка, связанная с общими кластерами, парируется повторной записью обоих конфликтующих файлов. Один из них обязательно испорчен и подлежит последую­щему удалению, но велика вероятность того, что испорчены оба файла.

Дополнительно к вышеуказанным логическим ошибкам операционные системы Windows 95/98 и др. определяют логические ошибки, связанные с некорректной записью даты создания файла и с представлением «короткого» имени файла для заданного «длинного» имени.

Средства управления виртуальной памятью

Ранние операционные системы ограничивали возможность использования при­ложений по объему необходимой для их работы оперативной памяти. Так, напри­мер, без специальных драйверов (менеджеров оперативной памяти) операцион­ные системы MS-DOS ограничивали предельный размер исполняемых программ величиной около 640 Кбайт.

Современные операционные системы не только обеспечивают непосредственный доступ ко всему полю оперативной памяти, установленной в компьютере, но и позволяют ее расширить за счет создания так называемой виртуальной памяти на жестком диске. Виртуальная память реализуется в виде так называемого файла подкачки. В случае недостаточности оперативной памяти для работы приложения часть ее временно опорожняется с сохранением образа на жестком диске. В про­цессе работы приложений происходит многократный обмен между основной уста­новленной оперативной памятью и файлом подкачки. Поскольку электронные опе­рации в оперативной памяти происходят намного быстрее, чем механические операции взаимодействия с диском, увеличение размера оперативной памяти ком­пьютера всегда благоприятно сказывается на ускорении операций и повышении производительности всей вычислительной системы.

Операционная система не только берет на себя весь необходимый обмен данными между ОЗУ и диском, но и позволяет в определенной степени управлять размером файла подкачки вручную.

Средства кэширования дисков

Поскольку, как уже было отмечено, взаимодействие процессора с дисками компь­ютера происходит намного медленнее операций обмена с оперативной памятью, операционная система принимает специальные меры по сохранению Части прочи­танных с диска данных в оперативной памяти. В случае, если по ходу работы про­цессору вновь потребуется обратиться к ранее считанным данным или программ­ному коду, он может найти их в специальной области ОЗУ, называемой дисковым кэшем. В ранних операционных системах функции кэширования диска возлага­лись на специальное внешнее программное средство, подключаемое через файлы конфигурации. В современных операционных системах эту функцию включают в ядро системы, и она работает автоматически, без участия пользователя, хотя опре­деленная возможность настройки размера кэша за ним сохраняется.

Средства резервного копирования данных

Если на компьютере выполняется практическая работа, объем ценных (а зачастую и уникальных) данных нарастает с каждым днем. Ценность данных, размещенных на компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец в случае их утраты. Важным средством защиты данных является регу­лярное резервное копирование на внешний носитель. В связи с особой важностью этой задачи операционные системы обычно содержат базовые средства для выпол­нения резервного копирования.

Прочие функции операционных систем

Кроме основных (базовых) функций операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требова­ниями к рабочему месту.

Прочие функции операционных систем могут включать следующие:

• возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;

• обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегриро­ванными в состав операционной системы;

• возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслу­живание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;

• наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесений изменений;

• возможность оформления рабочей среды операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;

• возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользо­вателей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них;

• возможность автоматического исполнения операций обслуживания компью­тера и операционной системы по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера;

• возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими.

Кроме всего вышеперечисленного, современные операционные системы могут включать минимальный набор прикладного программного обеспечения, которое можно использовать для исполнения простейших практических задач: чтение, редактирование и печать текстовых документов;

• создание и редактирование простейших рисунков;

• выполнение арифметических и математических расчетов;

• ведение дневников и служебных блокнотов;

• создание, передача и прием сообщений электронной почты;

• создание и редактирование факсимильных сообщений;

• воспроизведение и редактирование звукозаписи;

• воспроизведение видеозаписи;

• разработка и воспроизведение комплексных электронных документов, включающих текст, графику, звукозапись и видеозапись.

Этим возможности операционных систем не исчерпываются. По мере развития аппаратных средств вычислительной техники и средств связи функций; операци­онных систем непрерывно расширяются, а средства их исполнения совершенству­ются.